作為一切生命活動(dòng)存在的物質(zhì)基礎(chǔ)和唯一形式，蛋白質(zhì)同時(shí)也是診斷疾病、治療疾病的物質(zhì)基礎(chǔ)或藥物。人類蛋白數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過基因數(shù)量，而且由于蛋白質(zhì)的可變性和多樣性導(dǎo)致了蛋白質(zhì)研究技術(shù)遠(yuǎn)比核酸技術(shù)要復(fù)雜和困難的多。因此人類蛋白質(zhì)構(gòu)成了后基因組時(shí)代最重要的研究內(nèi)容，具有無限廣闊的研究前景。雖然蛋白質(zhì)具有許多各種各樣的功能，然而生物體內(nèi)存在的天然蛋白質(zhì)，有的往往不盡人意，人們就想通過改造蛋白質(zhì)來得到特定功能的蛋白質(zhì)，于是蛋白質(zhì)工程出現(xiàn)了。

蛋白質(zhì)工程是在基因重組技術(shù)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)之上，融合了蛋白質(zhì)晶體學(xué)、蛋白質(zhì)動(dòng)力學(xué)、蛋白質(zhì)化學(xué)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等多學(xué)科而發(fā)展起來的新興研究領(lǐng)域。其內(nèi)容主要有兩個(gè)方面：根據(jù)需要合成具有特定氨基酸序列和空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)；確定蛋白質(zhì)化學(xué)組成、空間結(jié)構(gòu)與生物功能之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)從氨基酸序列預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)和生物功能，設(shè)計(jì)合成具有特定生物功能的全新的蛋白質(zhì)，這也是蛋白質(zhì)工程最根本的目標(biāo)之一。

蛋白質(zhì)工程尚未有統(tǒng)一的定義。一般認(rèn)為蛋白質(zhì)工程就是通過基因重組技術(shù)改變或設(shè)計(jì)合成具有特定生物功能的蛋白質(zhì)。實(shí)際上蛋白質(zhì)工程包括蛋白質(zhì)的分離純化，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的分析、設(shè)計(jì)和預(yù)測(cè)，通過基因重組或其它手段改造或創(chuàng)造蛋白質(zhì)。從廣義上來說，蛋白質(zhì)工程是通過物理、化學(xué)、生物和基因重組等技術(shù)改造蛋白質(zhì)或設(shè)計(jì)合成具有特定功能的新蛋白質(zhì)。 

蛋白質(zhì)工程就是根據(jù)蛋白質(zhì)的精細(xì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，利用基因工程的手段，按照人類自身的需要，定向地改造天然的蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造新的、自然界本不存在的、具有優(yōu)良特性的蛋白質(zhì)分子。蛋白質(zhì)工程自誕生之日起，就與基因工程密不可分。基因工程是通過基因操作把外源基因轉(zhuǎn)入適當(dāng)?shù)纳矬w內(nèi)，并在其中進(jìn)行表達(dá)，它的產(chǎn)品還是該基因編碼的天然存在的蛋白質(zhì)。

蛋白質(zhì)工程則更進(jìn)一步。它可以根據(jù)對(duì)分子預(yù)先設(shè)計(jì)的方案，通過對(duì)天然蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行改造，來實(shí)現(xiàn)對(duì)它所編碼的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造。因此，它的產(chǎn)品已不再是天然的蛋白質(zhì)，而是經(jīng)過改造的、具有了人類所需要的優(yōu)點(diǎn)的蛋白質(zhì)。天然蛋白質(zhì)都是通過漫長的進(jìn)化過程而形成的，而蛋白質(zhì)工程對(duì)天然蛋白質(zhì)的改造，好比是在實(shí)驗(yàn)室里加快了進(jìn)化的過程。

天然蛋白質(zhì)合成的過程是按照中心法則進(jìn)行的：基因→表達(dá)（轉(zhuǎn)錄、翻譯）→形成氨基酸序列的多肽鏈→形成具高級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)→行使生物功能，而蛋白質(zhì)工程卻相反，它的基本途徑是：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因結(jié)構(gòu)）。然后可以根據(jù)推出的核苷酸序列進(jìn)行人工合成或從基因庫中提取并進(jìn)行加工和修飾。

蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列→找到相應(yīng)的脫氧核苷酸序列

1、生物催化領(lǐng)域

蛋白質(zhì)工程技術(shù)廣泛應(yīng)用于生物催化領(lǐng)域。酶具有底物特異性，野生酶經(jīng)過了長期的進(jìn)化和自然選擇，對(duì)天然底物具有良好的催化性質(zhì)。但是目前很多化工產(chǎn)品都是人工合成的而非天然產(chǎn)物，野生酶對(duì)這些人工合成底物的催化性能就會(huì)大打折扣表現(xiàn)出：活性低，選擇性差，和不穩(wěn)定等多種缺點(diǎn)。蛋白質(zhì)工程技術(shù)通過在基因?qū)用鎸?duì)酶蛋白的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，從而可以大大改善酶蛋白對(duì)人工合成底物的催化性能。蛋白質(zhì)工程技術(shù)使得人類可以按照自己的要求設(shè)計(jì)酶蛋白，從而擺脫了以前“靠天吃飯”的局限，大大提高了酶催化反應(yīng)在化合物合成中的應(yīng)用。因此蛋白質(zhì)工程技術(shù)對(duì)于生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。

2、免疫領(lǐng)域——嵌合抗體

免疫球蛋白呈Y型，由二條重鏈和二條輕鏈通過二硫鍵相互連接而構(gòu)成。每條鏈可分為可變區(qū)（N端）和恒定區(qū)（C端），抗原的吸附位點(diǎn)在可變區(qū)，細(xì)胞毒素或其他功能因子的吸附位點(diǎn)在恒定區(qū)。每個(gè)可變區(qū)中有三個(gè)部分在氨基酸序列上是高度變化，在三維結(jié)構(gòu)上是處在β折疊端頭的松散結(jié)構(gòu)（CDR），是抗原的結(jié)合位點(diǎn)，其余部分為CDR的支持結(jié)構(gòu)。不同種屬的CDR結(jié)構(gòu)是保守的，這樣就可以通過蛋白質(zhì)工程對(duì)抗體進(jìn)行改造。

3、蛋白質(zhì)融合

腦啡肽(Enk)N端5肽線形結(jié)構(gòu)是與δ型受體結(jié)合的基本功能區(qū)域，干擾素（IFN）是一種廣譜抗病毒抗腫瘤的細(xì)胞因子。黎孟楓等人化學(xué)合成了EnkN端5肽編碼區(qū)，通過一連接3肽編碼區(qū)與人α1型IFN基因連接，在大腸桿菌中表達(dá)了這一融合蛋白。以體外人結(jié)腸腺癌細(xì)胞和多形膠質(zhì)瘤細(xì)胞為模型，采用3H－胸腺嘧啶核苷摻入法證明該融合蛋白抑制腫瘤細(xì)胞生長的活性顯著高于單純的IFN，通過Naloxone競爭阻斷實(shí)驗(yàn)證明，抑制活性的增高確由Enk導(dǎo)向區(qū)介導(dǎo)。